仿蝙蝠飞行器扑翼结构设计与运动仿真

基于大耳蝙蝠飞行时翅膀的飞行姿态和运动轨迹,对翅膀结构进行简化处理,模仿设计了一种二自由度的仿蝙蝠飞行器扑翼,能够实现上下扑动和收放动作。借助MATLAB/UG软件完成扑翼尺寸参数求解、结构三维建模、关键节点运动轨迹生成及上下扑动机构和收放机构的运动仿真分析。结果表明:节点角位移变化曲线连续不间断,未出现角度突变,不会造成瞬时冲击,翼尖关节之间运动不产生干涉,验证了扑翼运动的可行性,同时为后续优化设计提供理论依据。

飞行蝙蝠标记自动提取与追踪算法

蝙蝠对仿生扑翼飞行器研究具有重要启发价值。通过计算机视觉方法分析蝙蝠运动需要大量特征标记,因此准确提取、追踪标记是蝙蝠飞行研究的关键。常用的底层特征提取方法将局部极值作为特征点容易导致较高的标记错检率。提出一种基于图像分割的标记提取方法。通过帧间差分获取初始蝙蝠区域,对伪装区域进行补偿,利用LoG算子进行标记增强,并通过阈值分割得到标记,计算标记质心作为特征点。提出一种基于迭代最近点的标记追踪方法,将蝙蝠划分为不同区域并对区域内标记点进行点集粗配准,通过最近邻搜索完成匹配。试验结果表明,算法的标记识别率能够达到96%并实现无遮挡情况的标记追踪,优于SIFT、BRISK等特征匹配方法以及光流追踪方法。

基于蝙蝠飞行的仿生智能卫星编队管理策略

卫星编队构型的保持对编队任务实施至关重要,针对高精度卫星编队控制策略复杂不易于实现的问题,提出了一种基于蝙蝠飞行的仿生智能编队管理策略.首先分析了编队动力学和图论理论,总结自然界中蝙蝠群体的行为规律,给出了蝙蝠飞行数学模型,以此设计了编队虚拟中心用于衡量卫星编队整体效益和局部效益,进而给出了仿生编队管理策略,算法清晰实用.最后,应用卫星编队算法对对卫星编队构型进行控制仿真验证,实现了高精度、低能耗的稳定控制.

蝙蝠飞行的空气动力学研究进展

蝙蝠飞行的空气动力学研究是近二十年来关注的热点问题,其中蕴含着翼主动大变形的流动控制机理,对其进行研究可以揭示不同于鸟类和昆虫的非定常空气动力产生的机制。首先,根据研究工具的进步程度,把对蝙蝠飞行的研究分为了三个历史阶段,即在第一和第二阶段通过获得部分"静态"的数据来研究,在第三阶段对蝙蝠翅膀飞行中的动态变形进行测量和流场结构测量。然后陈述了蝙蝠翼的特征,飞行中挥拍运动及变形规律特征,并简述了特征的四类变形模型(扭转变形、弦向弓形变形、展向弯曲变形和翼面积改变)。有了初步的变形模型后,对主动变形产生非定常空气动力产生机制和气动性能调控进行了探讨。最后提出了当前对蝙蝠飞行的空气动力学研究面临的困难和挑战。

仿生蝙蝠飞行器的设计制造

不同于鸟类和昆虫,蝙蝠作为自然界唯一可以飞行的哺乳动物,它具有与众不同的飞行方式和飞行机理。蝙蝠的独特的飞行机理使蝙蝠的飞行具有高机动性,升力大,低功耗等优点。相比于鸟类与昆虫,它的高机动性能够使它更好地完成对于地面和空中的巡航侦探工作。因此,本文以大菊头蝠为仿生对象,研究了一种针对手掌尺度的仿生机械蝙蝠的结构方案设计,并根据设计对样机进行了制造装配,最后对样机进行了运动测试与升力测试,验证了样机设计制造的可行性与合理性。最终得到的样机最大翼展205mm,整机重量17.81g,在外部供电的3.7V电源下完成了运动测试,测试得到飞行器拍打角70°,拍打频率约10Hz,能够产生升力约0.16N.